JP2020174503A - Dc motor control device, shunt winding dc motor, and dc motor control method - Google Patents

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Abstract

To provide a technology that can accurately control the rotation speed of a DC motor without a sensor.SOLUTION: In a DC motor control device 40 provided with an MD 60 for controlling the rotational speed of a shunt DC motor 10 having an armature 11 and a field coil 12, the MD 60 includes a rotation speed command reception unit that receives a rotation speed command of the shunt DC motor, an armature target voltage calculation unit that calculates a target value of an armature voltage to be output to the shunt DC motor 10 by a calculation formula that includes a term related to the characteristics of the armature 11 and a term related to a field current including the rotation speed of the armature 11, and an armature voltage reference value command unit that compares the magnitudes of the target value of the armature voltage and the armature voltage prior reference value applied to the armature, and commands the smaller value as the armature voltage reference value.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ＤＣモータ制御装置、分巻ＤＣモータ及びＤＣモータ制御方法に関する。 The present invention relates to a DC motor control device, a shunt DC motor, and a DC motor control method.

従来から、ＤＣモータの回転数を制御するにあたり、コストの低減等を目的としてセンサレスでＤＣモータを制御するセンサレス制御のＤＣモータ制御装置が知られている。 Conventionally, a sensorless control DC motor control device that controls a DC motor without a sensor for the purpose of cost reduction or the like has been known for controlling the rotation speed of the DC motor.

センサレスのＤＣモータを制御するにあたっては、アーマチャ（armature：電機子）電圧とフィールド（field system：界磁）電流とに対応する回転数の関係を予め評価して、マップを作成している。そして、ＤＣモータ制御装置は、所望の回転数となるように、作成したマップに従い、アーマチャ電圧を指令することでＤＣモータの回転数の制御を行っている。関連する技術として、例えば、特許文献１がある。 In controlling a sensorless DC motor, a map is created by evaluating in advance the relationship between the armature voltage and the number of revolutions corresponding to the field system (field system) current. Then, the DC motor control device controls the rotation speed of the DC motor by instructing the armature voltage according to the created map so that the desired rotation speed is obtained. As a related technique, for example, there is Patent Document 1.

特開平６−１７８５８８号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-178588

しかしながら、アーマチャ電圧とフィールド電流とに対応するＤＣモータの回転数の関係は、ＤＣモータの負荷によって変化する。このため、ＤＣモータの回転数を精度よく制御するためにはアーマチャ電圧とフィールド電流とに対応する回転数の関係を予め負荷ごとに数多く評価しなければならない。そして、評価したアーマチャ電圧とフィールド電流とに対応する回転数の関係のマップを負荷ごとに数多く記憶しておく必要があるため煩雑である。 However, the relationship between the armature voltage and the rotation speed of the DC motor corresponding to the field current changes depending on the load of the DC motor. Therefore, in order to accurately control the rotation speed of the DC motor, it is necessary to evaluate a large number of relationships between the armature voltage and the rotation speed corresponding to the field current for each load in advance. Then, it is complicated because it is necessary to store a large number of maps of the relationship between the evaluated armature voltage and the number of revolutions corresponding to the field current for each load.

本発明の一側面に係る目的は、ＤＣモータの回転数をセンサレスで精度よく制御することができる技術を提供することである。 An object of one aspect of the present invention is to provide a technique capable of accurately controlling the rotation speed of a DC motor without a sensor.

本発明に係る一つの形態であるＤＣモータ制御装置は、アーマチャ及びフィールドを有する分巻ＤＣモータの回転速度を制御するためのモータドライバを備える。前記モータドライバは、前記分巻ＤＣモータの回転数の指令を受け付ける回転数指令受付部と、前記回転数指令受付部により受け付けた指令に基づいて前記分巻ＤＣモータにフィールド電圧を出力するフィールド電圧出力部と、前記回転数指令受付部により受け付けた指令に基づいて前記分巻ＤＣモータにアーマチャ電圧を出力するアーマチャ電圧出力部と、前記分巻ＤＣモータのフィールド電流を取得するフィールド電流取得部と、前記アーマチャの特性に関する項、及び前記アーマチャの回転数を含むフィールド電流に関する項を含む計算式により前記分巻ＤＣモータに出力すべきアーマチャ電圧の目標値を算出するアーマチャ目標電圧算出部と、前記アーマチャ電圧の目標値と前記アーマチャに印加するアーマチャ電圧事前参照値との大きさを比較し、そのうち小さいほうをアーマチャ電圧参照値として指令するアーマチャ電圧参照値指令部と、を備える。 The DC motor control device according to the present invention includes a motor driver for controlling the rotation speed of a shunt winding DC motor having an armature and a field. The motor driver has a rotation speed command receiving unit that receives a command for the rotation speed of the shunt winding DC motor, and a field voltage that outputs a field voltage to the shunt winding DC motor based on a command received by the rotation speed command receiving unit. An output unit, an armature voltage output unit that outputs an armature voltage to the shunt winding DC motor based on a command received by the rotation speed command reception unit, and a field current acquisition unit that acquires a field current of the shunt winding DC motor. , The armature target voltage calculation unit that calculates the target value of the armature voltage to be output to the shunt DC motor by a calculation formula including the item relating to the characteristics of the armature and the term relating to the field current including the rotation speed of the armcha, and the above. It is provided with an armature voltage reference value commanding unit that compares the magnitudes of the target value of the armature voltage and the armcha voltage prior reference value applied to the armcha, and commands the smaller one as the armcha voltage reference value.

このため、アーマチャ目標電圧算出部は、アーマチャの特性に関する項、及びアーマチャの回転数を含むフィールド電流に関する項を含む計算式により分巻ＤＣモータに出力すべきアーマチャ電圧の目標値を算出することができる。したがって、計算式によりアーマチャ電圧の目標値を算出することができるため、分巻ＤＣモータの負荷状態に関係なくセンサレスで分巻ＤＣモータの回転数を精度よく制御することができる。 Therefore, the armature target voltage calculation unit can calculate the target value of the armature voltage to be output to the shunt DC motor by a calculation formula including a term relating to the characteristics of the armature and a term relating to the field current including the rotation speed of the armature. it can. Therefore, since the target value of the armature voltage can be calculated by the calculation formula, the rotation speed of the shunt winding DC motor can be accurately controlled without a sensor regardless of the load state of the shunt winding DC motor.

また、アーマチャ電圧参照値指令部は、アーマチャ電圧の目標値とアーマチャに印加するアーマチャ電圧事前参照値との大きさを比較し、そのうち小さいほうをアーマチャ電圧参照値として指令することができる。したがって、アーマチャ電圧事前参照値がアーマチャ電圧の目標値よりも小さい場合には、アーマチャ電圧参照値指令部は、アーマチャ電圧事前参照値をアーマチャ電圧参照値として指令することにより、アーマチャ電流が過剰に大きくなることを抑制することができる。 Further, the armature voltage reference value command unit can compare the magnitudes of the target value of the armature voltage and the armature voltage prior reference value applied to the armature, and command the smaller one as the armature voltage reference value. Therefore, when the armature voltage prior reference value is smaller than the target value of the armature voltage, the armature voltage reference value command unit commands the armature voltage prior reference value as the armature voltage reference value, so that the armature current becomes excessively large. It can be suppressed from becoming.

また、前記ＤＣモータ制御装置は、前記分巻ＤＣモータのアーマチャ電流を取得するアーマチャ電流取得部と、前記アーマチャ電流取得部により取得された前記アーマチャ電流の実測値と前記分巻ＤＣモータの最大許容電流に基づいたＰＩ制御によって前記アーマチャ電圧事前参照値を推定するアーマチャ電圧推定部と、を更に備える。これにより、分巻ＤＣモータの回転制御を緻密に行なうことができるため、分巻ＤＣモータの損傷を抑制することができる。 Further, the DC motor control device includes an armature current acquisition unit that acquires the armature current of the shunt winding DC motor, an actually measured value of the armature current acquired by the armature current acquisition unit, and a maximum allowable value of the shunt winding DC motor. Further provided is an armature voltage estimation unit that estimates the armature voltage prior reference value by PI control based on a current. As a result, the rotation control of the shunt winding DC motor can be precisely performed, so that damage to the shunt winding DC motor can be suppressed.

また、前記アーマチャ電圧参照値指令部は、前記アーマチャ電圧の目標値と前記アーマチャ電圧事前参照値との比較結果を、前記アーマチャ電圧推定部による前記アーマチャ電圧事前参照値の推定にフィードバックする。これにより、アーマチャに印加するアーマチャ電流を最大にすることができ、ＤＣモータの性能向上を図ることができる。 Further, the armature voltage reference value command unit feeds back the comparison result between the target value of the armature voltage and the armature voltage prior reference value to the estimation of the armature voltage prior reference value by the armature voltage estimation unit. As a result, the armature current applied to the armature can be maximized, and the performance of the DC motor can be improved.

また、前記アーマチャ目標電圧算出部は、前記アーマチャの特性に関する項、及びアーマチャの回転数を含むフィールド電流に関する項を含む前記計算式の算出にアーマチャ印加電圧を用いる。したがって、計算式の算出に、熱変化による影響を受ける項を含まないアーマチャ印加電圧を用いることで、ＤＣモータ制御装置に対する熱等によるアーマチャ特性の変化に対する堅牢性を高め、アーマチャ電圧の目標値を精度よく算出することができる。 Further, the armature target voltage calculation unit uses the armature applied voltage for calculating the calculation formula including the term relating to the characteristics of the armature and the term relating to the field current including the rotation speed of the armature. Therefore, by using the armature applied voltage that does not include the term affected by thermal changes in the calculation of the calculation formula, the robustness against changes in armature characteristics due to heat etc. for the DC motor control device is improved, and the target value of the armature voltage is set. It can be calculated accurately.

また、分巻ＤＣモータは。前記ＤＣモータ制御装置を備える。これにより、ＤＣモータ制御装置と分巻ＤＣモータとを一体に形成することができる。 Also, the shunt winding DC motor. The DC motor control device is provided. As a result, the DC motor control device and the shunt winding DC motor can be integrally formed.

また、アーマチャ及びフィールドを有する分巻ＤＣモータの回転速度を制御するＤＣモータ制御方法であって、前記ＤＣモータ制御方法は、前記分巻ＤＣモータの回転数の指令を受け付ける回転数指令受付ステップと、前記分巻ＤＣモータのフィールド電流を検出するフィールド電流検出ステップと、前記アーマチャの特性に関する項、及び前記アーマチャの回転数を含むフィールド電流に関する項を含む計算式により前記分巻ＤＣモータに出力すべきアーマチャ電圧の目標値を算出するアーマチャ目標電圧算出ステップと、前記アーマチャ電圧の目標値と前記アーマチャに印加するアーマチャ電圧事前参照値との大きさを比較し、そのうち小さいほうをアーマチャ電圧参照値として指令するアーマチャ電圧参照値指令ステップと、を含む。 Further, a DC motor control method for controlling the rotation speed of a shunt winding DC motor having an armature and a field, wherein the DC motor control method includes a rotation number command reception step for receiving a command for the rotation speed of the shunt winding DC motor. , Output to the shunt DC motor by a calculation formula including a field current detection step for detecting the field current of the shunt DC motor, a term relating to the characteristics of the armature, and a term relating to the field current including the rotation speed of the armature. Compare the magnitude of the armature target voltage calculation step for calculating the target value of the power armature voltage with the target value of the armature voltage and the armature voltage prior reference value applied to the armature, and use the smaller one as the armature voltage reference value. Includes a commanding armature voltage reference value commanding step.

このため、アーマチャの特性に関する項、及びアーマチャの回転数を含むフィールド電流に関する項を含む計算式により分巻ＤＣモータに出力すべきアーマチャ電圧の目標値を算出することができる。したがって、計算式によりアーマチャ電圧の目標値を算出することができるため、分巻ＤＣモータの負荷状態に関係なくセンサレスで分巻ＤＣモータの回転数を精度よく制御することができる。 Therefore, the target value of the armature voltage to be output to the shunt DC motor can be calculated by the calculation formula including the term related to the characteristics of the armature and the term related to the field current including the rotation speed of the armature. Therefore, since the target value of the armature voltage can be calculated by the calculation formula, the rotation speed of the shunt winding DC motor can be accurately controlled without a sensor regardless of the load state of the shunt winding DC motor.

また、アーマチャ電圧の目標値とアーマチャに印加するアーマチャ電圧事前参照値との大きさを比較し、そのうち小さいほうをアーマチャ電圧参照値として指令することができる。したがって、アーマチャ電圧事前参照値がアーマチャ電圧の目標値よりも小さい場合には、アーマチャ電圧事前参照値をアーマチャ電圧参照値として指令することにより、アーマチャ電流が過剰に大きくなることを抑制することができる。 Further, the magnitude of the target value of the armature voltage and the armature voltage prior reference value applied to the armature can be compared, and the smaller one can be commanded as the armature voltage reference value. Therefore, when the armature voltage prior reference value is smaller than the target value of the armature voltage, it is possible to prevent the armature current from becoming excessively large by commanding the armature voltage prior reference value as the armature voltage reference value. ..

本発明によれば、ＤＣモータの回転数をセンサレスで精度よく制御することができる。 According to the present invention, the rotation speed of the DC motor can be controlled accurately without a sensor.

本実施形態のＤＣモータ制御装置４０を含むＤＣモータ装置１の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the DC motor apparatus 1 including the DC motor control apparatus 40 of this embodiment. 本実施形態のＤＣモータ制御装置の機能ブロックの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the functional block of the DC motor control device of this embodiment. 回転数指令値[rpm]に対するＤＣモータ１０の回転数の実測値[rpm]の関係を示すグラフを示す図である。It is a figure which shows the graph which shows the relationship of the actual measurement value [rpm] of the rotation speed of a DC motor 10 with respect to the rotation speed command value [rpm].

以下図面に基づいて本実施形態について詳細を説明する。
図１は、本実施形態のＤＣモータ制御装置４０を含むＤＣモータ装置１の一例を示す図である。図１に示すＤＣモータ装置１は、車両（例えば、電動フォークリフト、ハイブリッドカー、又は電気自動車）などに搭載される。ＤＣモータ装置１は、分巻ＤＣモータ１０、モータコントローラ２０、バッテリ３０、ＤＣモータ制御装置４０を備える。なお、ＤＣモータ装置１は、図１に示してない他の回路構成を備えていてもよい。 The present embodiment will be described in detail below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing an example of a DC motor device 1 including the DC motor control device 40 of the present embodiment. The DC motor device 1 shown in FIG. 1 is mounted on a vehicle (for example, an electric forklift, a hybrid car, or an electric vehicle). The DC motor device 1 includes a shunt winding DC motor 10, a motor controller 20, a battery 30, and a DC motor control device 40. The DC motor device 1 may have other circuit configurations not shown in FIG.

分巻ＤＣモータ１０は、例えば、直流分巻モータである。分巻ＤＣモータ１０は、アーマチャ（電機子）１１とフィールドコイル（界磁コイル）１２を有する。アーマチャ１１はロータに設けられ、フィールドコイル１２はステータに設けられる。 The shunt winding DC motor 10 is, for example, a DC shunt winding motor. The shunt winding DC motor 10 has an armature (armature) 11 and a field coil (field coil) 12. The armature 11 is provided on the rotor and the field coil 12 is provided on the stator.

モータコントローラ２０は、４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を備える。スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２、スイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４が２組のハーフブリッジ回路を構成している。 The motor controller 20 includes four switching elements Q1 to Q4. The switching element Q1 and the switching element Q2, and the switching element Q3 and the switching element Q4 form two sets of half-bridge circuits.

直流電源としてのバッテリ３０の正極に正極母線Ｌｐが接続されるとともにバッテリ３０の負極に負極母線Ｌｎが接続されている。正極母線Ｌｐと負極母線Ｌｎとの間にスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が直列接続されている。また、正極母線Ｌｐと負極母線Ｌｎとの間にスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４が直列接続されている。 The positive electrode bus Lp is connected to the positive electrode of the battery 30 as a DC power source, and the negative electrode bus Ln is connected to the negative electrode of the battery 30. Switching elements Q1 and Q2 are connected in series between the positive electrode bus Lp and the negative electrode bus Ln. Further, switching elements Q3 and Q4 are connected in series between the positive electrode bus Lp and the negative electrode bus Ln.

スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２の間の中点Ｃ１と正極母線Ｌｐとの間にフィールドコイル１２が直列接続されている。そして、フィールドコイル１２には、アーマチャ電流(Ia)が流れる。スイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４の間の中点Ｃ２と正極母線Ｌｐとの間にアーマチャ１１が直列接続されている。そして、アーマチャ１１には、フィールド電流(If)が流れる。アーマチャ１１とフィールドコイル１２は並列に接続される。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４には、ＭＯＳＦＥＴが使用されている。 The field coil 12 is connected in series between the midpoint C1 between the switching element Q1 and the switching element Q2 and the positive electrode bus Lp. Then, an armature current (Ia) flows through the field coil 12. The armature 11 is connected in series between the midpoint C2 between the switching element Q3 and the switching element Q4 and the positive electrode bus Lp. Then, a field current (If) flows through the armature 11. The armature 11 and the field coil 12 are connected in parallel. MOSFETs are used in the switching elements Q1 to Q4.

スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のゲート端子には、ＤＣモータ駆動装置４０から出力されたアーマチャ電圧(Va)に基づき生成された駆動信号が入力される。但し、基本的には下アームのスイッチング素子Ｑ２に、ＤＣモータ駆動装置４０から出力されたアーマチャ電圧(Va)に基づき生成された駆動信号が入力される。 A drive signal generated based on the armature voltage (Va) output from the DC motor drive device 40 is input to the gate terminals of the switching elements Q1 and Q2. However, basically, a drive signal generated based on the armature voltage (Va) output from the DC motor drive device 40 is input to the switching element Q2 of the lower arm.

スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４のゲート端子には、ＤＣモータ駆動装置４０から出力されたフィールド電圧(Vf)に基づき生成された駆動信号が入力される。但し、基本的には下アームのスイッチング素子Ｑ４に、ＤＣモータ駆動装置４０から出力されたフィールド電圧(Vf)に基づき生成された駆動信号が入力される。アーマチャ電圧(Va)を出力する方法及びフィールド電圧(Vf)を出力する方法については後述する。なお、スイッチング素子としてＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ）を使用してもよい。 A drive signal generated based on the field voltage (Vf) output from the DC motor drive device 40 is input to the gate terminals of the switching elements Q3 and Q4. However, basically, a drive signal generated based on the field voltage (Vf) output from the DC motor drive device 40 is input to the switching element Q4 of the lower arm. The method of outputting the armature voltage (Va) and the method of outputting the field voltage (Vf) will be described later. An IGBT (insulated gate bipolar transistor) may be used as the switching element.

ＤＣモータ装置１はＤＣモータ制御装置４０を有する。ＤＣモータ制御装置４０は少なくともＣＰＵ(Central Processing Unit)４１を有する。ＣＰＵ４１は、ＭＣＵ（メインコントロールユニット：Main control unit）５０、ＭＤ（モータドライバ：Motor driver）６０を有する。 The DC motor device 1 has a DC motor control device 40. The DC motor control device 40 has at least a CPU (Central Processing Unit) 41. The CPU 41 has an MCU (Main control unit) 50 and an MD (Motor driver) 60.

スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２の間の中点Ｃ１とＤＣモータ制御装置４０との間にはフィールド電流センサ２１が接続されている。スイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４の間の中点Ｃ２とＤＣモータ制御装置４０との間にはアーマチャ電流センサ２２が接続されている。 A field current sensor 21 is connected between the midpoint C1 between the switching element Q1 and the switching element Q2 and the DC motor control device 40. An armature current sensor 22 is connected between the midpoint C2 between the switching element Q3 and the switching element Q4 and the DC motor control device 40.

フィールド電流センサ２１は、フィールドコイル１２に流れるフィールド電流(If)を測定する。フィールド電流センサ２１により測定されたフィールド電流(If)は、ＤＣモータ制御装置４０へ入力される。 The field current sensor 21 measures the field current (If) flowing through the field coil 12. The field current (If) measured by the field current sensor 21 is input to the DC motor control device 40.

アーマチャ電流センサ２２は、アーマチャ１１に流れるアーマチャ電流(Ia)を測定する。アーマチャ電流センサ２２により測定されたアーマチャ電流(Ia)は、ＤＣモータ制御装置４０へ入力される。 The armature current sensor 22 measures the armature current (Ia) flowing through the armature 11. The armature current (Ia) measured by the armature current sensor 22 is input to the DC motor control device 40.

図２は、本実施形態のＤＣモータ制御装置４０の機能ブロックの一例を示す図である。ＤＣモータ制御装置４０は、ＭＣＵ５０、ＭＤ６０を備える。なお、ＤＣモータ制御装置４０は、図２に示してない他の回路構成を備えていてもよい。ＭＣＵ５０とＭＤ６０とは任意の接続方法により接続されている。図２では、ＭＣＵ５０とＭＤ６０とはそれぞれ独立して構成されているが、ＭＣＵ５０の中にＭＤ６０を入れたり、ＭＤ６０の中にＭＣＵ５０を入れて構成してもよい。 FIG. 2 is a diagram showing an example of a functional block of the DC motor control device 40 of the present embodiment. The DC motor control device 40 includes an MCU 50 and an MD 60. The DC motor control device 40 may have other circuit configurations not shown in FIG. The MCU 50 and the MD 60 are connected by an arbitrary connection method. In FIG. 2, the MCU 50 and the MD 60 are configured independently of each other, but the MD 60 may be inserted in the MCU 50 or the MCU 50 may be inserted in the MD 60.

ＭＣＵ５０は、ＭＤ６０に対し、分巻ＤＣモータ１０に対する回転数の指令（以下、「回転数指令(Ref_speed)」と呼ぶ）を行う。回転数指令(Ref_speed)は、分巻ＤＣモータ１０に対し指令された目標とする回転数[rpm]の情報（以下、「回転数指令値」とも呼ぶ）が含まれる。また、ＭＣＵ５０は、ＭＤ６０に対し、分巻ＤＣモータ１０の最大許容電流(Ia_max)の指令を行う。最大許容電流(Ia_max)には、ＤＣモータ装置１が損傷されるのを未然に防ぐために、実際に制限をかけたいアーマチャ電流の最大値が設定される。 The MCU 50 issues a rotation speed command (hereinafter, referred to as “rotation speed command (Ref_speed)”) to the shunt winding DC motor 10 to the MD60. The rotation speed command (Ref_speed) includes information on the target rotation speed [rpm] commanded to the shunt winding DC motor 10 (hereinafter, also referred to as “rotation speed command value”). Further, the MCU 50 commands the MD 60 of the maximum allowable current (Ia_max) of the shunt winding DC motor 10. The maximum allowable current (Ia_max) is set to the maximum value of the armature current to be actually limited in order to prevent the DC motor device 1 from being damaged.

ＭＤ６０は、回転数指令受付部６１、フィールド電圧出力部(Vf_out)６２、アーマチャ電圧出力部(Va_out)６３、フィールド電流取得部６４、アーマチャ電流取得部６５、最大許容電流受付部６６、アーマチャ目標電圧算出部６７、フィールド目標電流算出部(Ia/If)６８、アーマチャ電圧推定部６９、アーマチャ電圧参照値指令部７０、フィールド電圧事前参照値算出部７１を備える。なお、ＭＤ６０は、図２に示してない他の回路構成を備えていてもよい。 The MD60 has a rotation speed command receiving unit 61, a field voltage output unit (Vf_out) 62, an armature voltage output unit (Va_out) 63, a field current acquisition unit 64, an armature current acquisition unit 65, a maximum allowable current reception unit 66, and an armature target voltage. It includes a calculation unit 67, a field target current calculation unit (Ia / If) 68, an armature voltage estimation unit 69, an armature voltage reference value command unit 70, and a field voltage prior reference value calculation unit 71. The MD60 may have other circuit configurations not shown in FIG.

回転数指令受付部６１は、ＭＣＵ５０からの分巻ＤＣモータ１０の回転数指令(Ref_speed)を受け付ける。回転数指令受付部６１は、ＭＣＵ５０以外の図示しない回路から分巻ＤＣモータ１０の回転数指令(Ref_speed)を受け付けることもできる。また、回転数指令受付部６１は、ＭＤ６０内の図示しない回路から回転数指令(Ref_speed)を受け付けることもできる。 The rotation speed command receiving unit 61 receives the rotation speed command (Ref_speed) of the shunt winding DC motor 10 from the MCU 50. The rotation speed command receiving unit 61 can also receive the rotation speed command (Ref_speed) of the shunt winding DC motor 10 from a circuit (not shown) other than the MCU 50. Further, the rotation speed command receiving unit 61 can also receive a rotation speed command (Ref_speed) from a circuit (not shown) in the MD60.

フィールド電圧出力部(Vf_out)６２は、回転数指令受付部６１により受け付けた回転数指令(Ref_speed)に基づいて分巻ＤＣモータ１０にフィールド電圧(Vf)を出力する。具体的には、フィールド電圧出力部(Vf_out)６２は、後述のフィールド電圧事前参照値算出部７１により指令されたフィールド電圧参照値(Vf_reference)に基づいて分巻ＤＣモータ１０にフィールド電圧(Vf)を出力する。 The field voltage output unit (Vf_out) 62 outputs a field voltage (Vf) to the shunt DC motor 10 based on the rotation speed command (Ref_speed) received by the rotation speed command reception unit 61. Specifically, the field voltage output unit (Vf_out) 62 tells the shunt DC motor 10 the field voltage (Vf) based on the field voltage reference value (Vf_reference) commanded by the field voltage prior reference value calculation unit 71 described later. Is output.

アーマチャ電圧出力部(Va_out)６３は、回転数指令受付部６１により受け付けた回転数指令(Ref_speed)に基づいて分巻ＤＣモータ１０にアーマチャ電圧(Va)を出力する。具体的には、アーマチャ電圧出力部(Va_out)６３は、後述のアーマチャ電圧参照値指令部７０により指令されたアーマチャ電圧参照値(Va_reference)に基づいて分巻ＤＣモータ１０にアーマチャ電圧(Va)を出力する。 The armature voltage output unit (Va_out) 63 outputs the armature voltage (Va) to the shunt DC motor 10 based on the rotation speed command (Ref_speed) received by the rotation speed command reception unit 61. Specifically, the armature voltage output unit (Va_out) 63 applies the armature voltage (Va) to the shunt DC motor 10 based on the armature voltage reference value (Va_reference) commanded by the armature voltage reference value command unit 70 described later. Output.

フィールド電流取得部６４は、フィールド電流センサ２１（図１参照）により測定されたフィールドコイル１２に流れるフィールド電流の実測値(If)を取得する。アーマチャ電流取得部６５は、アーマチャ電流センサ２２（図１参照）により測定されたアーマチャ１１に流れるアーマチャ電流の実測値(Ia)を取得する。 The field current acquisition unit 64 acquires an actually measured value (If) of the field current flowing through the field coil 12 measured by the field current sensor 21 (see FIG. 1). The armature current acquisition unit 65 acquires an actually measured value (Ia) of the armature current flowing through the armature 11 measured by the armature current sensor 22 (see FIG. 1).

最大許容電流受付部６６は、ＭＤ６０からの分巻ＤＣモータ１０の最大許容電流(Ia_max)の指令を受け付ける。 The maximum allowable current receiving unit 66 receives a command of the maximum allowable current (Ia_max) of the shunt winding DC motor 10 from the MD60.

アーマチャ目標電圧算出部６７は、回転数指令受付部６１により受け付けた分巻ＤＣモータ１０の回転数指令(Ref_speed)[rpm]と、フィールド電流取得部６４により取得されたフィールド電流の実測値(If)と、が入力する。 The armature target voltage calculation unit 67 includes the rotation speed command (Ref_speed) [rpm] of the shunt DC motor 10 received by the rotation speed command reception unit 61 and the measured value (If) of the field current acquired by the field current acquisition unit 64. ) And enter.

アーマチャ目標電圧算出部６７は、アーマチャ１１の特性に関する項、及びアーマチャ１１の回転数を含むフィールド電流に関する項を含む計算式により分巻ＤＣモータ１０に出力すべきアーマチャ電圧の目標値(Va_target)を算出する。アーマチャ１１の特性に関する項、及びアーマチャ１１の回転数を含むフィールド電流(If)に関する項を含む計算式は、この実施形態では（１）式で表される。
Va_target = R*Ia+k*Motor Speed Limit*If・・・（１） The armature target voltage calculation unit 67 sets a target value (Va_target) of the armature voltage to be output to the shunt DC motor 10 by a calculation formula including a term relating to the characteristics of the armature 11 and a term relating to the field current including the rotation speed of the armature 11. calculate. In this embodiment, the calculation formula including the term relating to the characteristics of the armature 11 and the term relating to the field current (If) including the rotation speed of the armature 11 is represented by the formula (1).
Va_target = R * Ia + k * Motor Speed Limit * If ・ ・ ・ (1)

Va_targetは、アーマチャ電圧の目標値を表す。Rは、アーマチャコイル抵抗[Ω]を表す。アーマチャコイル抵抗（電機子抵抗）[Ω]は、分巻ＤＣモータ１０に依存する値であり予め設定されている。Iaは、アーマチャ電流[A]を表す。Iaは、アーマチャ１１の特性に関する項の一例である。Iaは、アーマチャ電流取得部６５により取得されたアーマチャ電流の実測値が入力される。kは、誘起電圧係数を表す。Motor Speed Limitは、分巻ＤＣモータ１０の回転数指令(Ref_speed)[rpm]を表す。Motor Speed Limitは、回転数指令受付部６１により受け付けた分巻ＤＣモータ１０の回転数指令(Ref_speed)[rpm]が入力される。Motor Speed Limitは、アーマチャ１１の回転数に関する項の一例である。Ifは、フィールド電流[A]を表す。Ifは、フィールド電流取得部６４により取得されたフィールド電流の実測値が入力される。Ifは、フィールド電流に関する項の一例である。 Va_target represents the target value of the armature voltage. R represents the armature coil resistance [Ω]. The armature coil resistance (armature resistance) [Ω] is a value that depends on the shunt winding DC motor 10 and is preset. Ia represents the armature current [A]. Ia is an example of a section relating to the characteristics of the armature 11. For Ia, the measured value of the armature current acquired by the armature current acquisition unit 65 is input. k represents the induced voltage coefficient. The Motor Speed Limit represents the rotation speed command (Ref_speed) [rpm] of the shunt winding DC motor 10. For the Motor Speed Limit, the rotation speed command (Ref_speed) [rpm] of the shunt winding DC motor 10 received by the rotation speed command reception unit 61 is input. The Motor Speed Limit is an example of a section relating to the number of revolutions of the armature 11. If represents the field current [A]. In If, the measured value of the field current acquired by the field current acquisition unit 64 is input. If is an example of a term relating to field current.

（１）式には、分巻ＤＣモータ１０の負荷に関する項は含まれない。したがって、アーマチャ目標電圧算出部６７は、（１）式によりアーマチャ電圧の目標値(Va_target)を算出することができるため、分巻ＤＣモータ１０の負荷状態に関係なくセンサレスで分巻ＤＣモータ１０の回転数を精度よく制御することができる。 Equation (1) does not include a section relating to the load of the shunt winding DC motor 10. Therefore, since the armature target voltage calculation unit 67 can calculate the target value (Va_target) of the armature voltage by the equation (1), the shunt winding DC motor 10 can be sensorless regardless of the load state of the shunt winding DC motor 10. The number of rotations can be controlled accurately.

上述の（１）式に含まれるアーマチャコイル抵抗Rとアーマチャ電流Iaは、熱による変動が大きい。したがって、アーマチャ目標電圧算出部６７は、（１）式のうち、アーマチャコイル抵抗Rとアーマチャ電流Iaの項を、アーマチャ指令電圧(Va_cmd)と誘導電圧(V_emf)の項に置き換えた（２）式によりアーマチャ電圧の目標値(Va_target)を算出することができる。
Va_target = (Va_cmd-V_emf)+k*Motor Speed Limit*If・・・（２） The armature coil resistor R and the armature current Ia included in the above equation (1) have large fluctuations due to heat. Therefore, the armature target voltage calculation unit 67 replaces the terms of the armature coil resistance R and the armature current Ia with the terms of the armature command voltage (Va_cmd) and the induced voltage (V_emf) in the equation (1). The target value (Va_target) of the armature voltage can be calculated by.
Va_target = (Va_cmd-V_emf) + k * Motor Speed Limit * If ・ ・ ・ (2)

Va_cmdは、モータコントローラ２０がアーマチャ１１に対してかけたい電圧を表す。Va_cmdは、アーマチャ１１の特性に関する項の一例である。具体的には、Va_cmdは、アーマチャ電圧参照値指令部７０により指令されたアーマチャ電圧参照値(Va_reference)がフィードバックされて入力された値を表す。V_emfは、分巻ＤＣモータ１０の誘導電圧を表す。 Va_cmd represents the voltage that the motor controller 20 wants to apply to the armature 11. Va_cmd is an example of a section relating to the characteristics of the armature 11. Specifically, Va_cmd represents a value input by feeding back an armature voltage reference value (Va_reference) commanded by the armature voltage reference value command unit 70. V_emf represents the induced voltage of the shunt winding DC motor 10.

さらに、アーマチャ目標電圧算出部６７は、（２）式のうち、誘導電圧(V_emf)の項を、バッテリ３０の電圧(Vdc)と中点Ｃ１の電位(Va_mid)との差分の項に置き換えた（３）式によりアーマチャ電圧の目標値(Va_target)を算出することができる。中点Ｃ１の電位(Va_mid)は、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との間で測定される電位である。アーマチャ目標電圧算出部６７は、バッテリ３０の電圧(Vdc)と中点Ｃ１の電位(Va_mid)との差分を算出することにより、誘導電圧(V_emf)を算出することができる。
Va_target = (Va_cmd-(Vdc-Va_mid))+k*Motor Speed Limit*If・・・（３） Further, the armature target voltage calculation unit 67 replaced the term of the induced voltage (V_emf) in the equation (2) with the term of the difference between the voltage (Vdc) of the battery 30 and the potential (Va_mid) of the midpoint C1. The target value (Va_target) of the armature voltage can be calculated by the equation (3). The potential (Va_mid) of the midpoint C1 is the potential measured between the switching element Q1 and the switching element Q2. The armature target voltage calculation unit 67 can calculate the induced voltage (V_emf) by calculating the difference between the voltage (Vdc) of the battery 30 and the potential (Va_mid) of the midpoint C1.
Va_target = (Va_cmd-(Vdc-Va_mid)) + k * Motor Speed Limit * If ・ ・ ・ (3)

Vdcは、バッテリ３０の電荷（上位側の電圧）を表す。Va_midは、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２の間の中点Ｃ１の電位を表す。 Vdc represents the electric charge (upper voltage) of the battery 30. Va_mid represents the potential of the midpoint C1 between the switching element Q1 and the switching element Q2.

Va_cmdは、アーマチャ電圧参照値指令部７０により指令されたアーマチャ電圧参照値(Va_reference)がフィードバックされた値が入力されるため、アーマチャ電圧参照値(Va_reference)により指令される前は未定である。したがって、ＤＣモータ制御装置４０の運転開始時は、前回終了時に記憶したアーマチャ電圧参照値(Va_reference)または予め定めた初期値がVa_cmdに入力される。 Since Va_cmd is input with a value obtained by feeding back the armature voltage reference value (Va_reference) commanded by the armature voltage reference value command unit 70, it is undecided before being commanded by the armature voltage reference value (Va_reference). Therefore, at the start of operation of the DC motor control device 40, the armature voltage reference value (Va_reference) stored at the end of the previous operation or a predetermined initial value is input to Va_cmd.

（３）式は、アーマチャコイル抵抗Rの項を含まないため、熱変化による影響を考慮しなくてよい。このため、アーマチャ目標電圧算出部６７は、分巻ＤＣモータ１０に出力すべきアーマチャ電圧の目標値(Va_target)を精度よく算出することができる。したがって、（３）式によれば、ＤＣモータ制御装置４０に対する熱等によるアーマチャ特性の変化に対する堅牢性を高めることができる。 Since the equation (3) does not include the term of the armature coil resistance R, it is not necessary to consider the influence of the thermal change. Therefore, the armature target voltage calculation unit 67 can accurately calculate the target value (Va_target) of the armature voltage to be output to the shunt DC motor 10. Therefore, according to the equation (3), it is possible to improve the robustness of the DC motor control device 40 against changes in armature characteristics due to heat or the like.

フィールド目標電流算出部６８は、分巻ＤＣモータ１０に出力すべきフィールド電流の目標値(If_target)を算出する。フィールド目標電流算出部６８は、予めＭＤ６０の記憶部に記憶されたアーマチャ電流(Ia)とフィールド電流の目標値(If_target)との関係を表したテーブルを参照して、フィールド電流の目標値(If_target)を算出する。アーマチャ電流(Ia)とフィールド電流の目標値(If_target)との関係を表したテーブルには、図示しないが、例えば、アーマチャ電流(Ia) 0A,100A,200A,300Aに対しそれぞれ5A,30A,60A,90Aがフィールド電流の目標値(If_target)として設定されている。 The field target current calculation unit 68 calculates a target value (If_target) of the field current to be output to the shunt DC motor 10. The field target current calculation unit 68 refers to a table showing the relationship between the armature current (Ia) and the field current target value (If_target) stored in advance in the MD60 storage unit, and refers to the field current target value (If_target). ) Is calculated. Although not shown in the table showing the relationship between the armature current (Ia) and the target value (If_target) of the field current, for example, 5A, 30A, 60A for the armature current (Ia) 0A, 100A, 200A, 300A, respectively. , 90A is set as the target value (If_target) of the field current.

例えば、アーマチャ電流(Ia)が100Aであった場合、フィールド目標電流算出部６８は、アーマチャ電流(Ia)とフィールド電流の目標値(If_target)との関係を表したテーブルを参照し、フィールド電流の目標値(If_target)として30Aを算出する。 For example, when the armature current (Ia) is 100A, the field target current calculation unit 68 refers to a table showing the relationship between the armature current (Ia) and the target value (If_target) of the field current, and refers to the table of the field current. Calculate 30A as the target value (If_target).

アーマチャ電圧推定部６９は、アーマチャ電流取得部６５により取得されたアーマチャ電流の実測値(Ia)と、最大許容電流受付部６６により受け付けた分巻ＤＣモータ１０の最大許容電流(Ia_max)の指令と、が入力する。 The armature voltage estimation unit 69 commands the measured value (Ia) of the armature current acquired by the armature current acquisition unit 65 and the maximum allowable current (Ia_max) of the shunt DC motor 10 received by the maximum allowable current reception unit 66. , Enter.

アーマチャ電圧推定部６９は、アーマチャ電流の実測値(Ia)と、分巻ＤＣモータ１０の最大許容電流(Ia_max)との大きさを比較し、そのうち小さい方を採用する。そして、アーマチャ電圧推定部６９は、アーマチャ電流(Ia)を分巻ＤＣモータ１０の最大許容電流(Ia_max)に従って制御するためのアーマチャ電圧事前参照値(Va_pre-reference)をＰＩ制御により推定する。アーマチャ電圧推定部６９は、前回算出したアーマチャ電圧事前参照値(Va_pre-reference)の値を使って積算するロジックにより今回のアーマチャ電圧事前参照値(Va_pre-reference)を算出する。アーマチャ電圧事前参照値(Va_pre-reference)は、アーマチャ１１に電荷すべきアーマチャ電圧の予測値である。 The armature voltage estimation unit 69 compares the magnitude of the measured value (Ia) of the armature current with the maximum permissible current (Ia_max) of the shunt winding DC motor 10, and adopts the smaller one. Then, the armature voltage estimation unit 69 estimates the armature voltage pre-reference value (Va_pre-reference) for controlling the armature current (Ia) according to the maximum permissible current (Ia_max) of the shunt DC motor 10 by PI control. The armature voltage estimation unit 69 calculates the current armature voltage pre-reference value (Va_pre-reference) by the logic of integrating using the value of the armature voltage pre-reference value (Va_pre-reference) calculated last time. The armature voltage pre-reference value (Va_pre-reference) is a predicted value of the armature voltage to be charged to the armature 11.

アーマチャ電圧参照値指令部７０は、アーマチャ目標電圧算出部６７により算出されたアーマチャ電圧の目標値(Va_target)と、アーマチャ電圧推定部６９により算出されたアーマチャ電圧事前参照値(Va_pre-reference)と、が入力する。アーマチャ電圧参照値指令部７０は、アーマチャ電圧の目標値(Va_target)とアーマチャ１１に印加するアーマチャ電圧事前参照値(Va_pre-reference)との大きさを比較し、そのうち小さいほうをアーマチャ電圧参照値(Va_reference)として指令する。 The armature voltage reference value command unit 70 includes an armature voltage target value (Va_target) calculated by the armature target voltage calculation unit 67, an armature voltage pre-reference value (Va_pre-reference) calculated by the armature voltage estimation unit 69, and the armature voltage pre-reference value. Enter. The armature voltage reference value command unit 70 compares the magnitude of the target value (Va_target) of the armature voltage and the armature voltage pre-reference value (Va_pre-reference) applied to the armature 11, and the smaller one is the armature voltage reference value (Va_pre-reference). Va_reference).

アーマチャ電圧出力部(Va_out)６３は、アーマチャ電圧参照値指令部７０により指令されたアーマチャ電圧参照値(Va_reference)に基づいて分巻ＤＣモータ１０にアーマチャ電圧(Va)を出力する。 The armature voltage output unit (Va_out) 63 outputs the armature voltage (Va) to the shunt DC motor 10 based on the armature voltage reference value (Va_reference) commanded by the armature voltage reference value command unit 70.

したがって、アーマチャ電圧事前参照値(Va_pre-reference)がアーマチャ電圧の目標値(If_target)よりも小さい場合には、アーマチャ電圧参照値指令部７０は、アーマチャ電圧事前参照値(Va_pre-reference)をアーマチャ電圧参照値(Va_reference)として指令することにより、アーマチャ電流が過剰に大きくなることを抑制することができる。 Therefore, when the armature voltage pre-reference value (Va_pre-reference) is smaller than the target value (If_target) of the armcha voltage, the armcha voltage reference value command unit 70 sets the armcha voltage pre-reference value (Va_pre-reference) to the armcha voltage. By commanding it as a reference value (Va_reference), it is possible to prevent the armature current from becoming excessively large.

また、アーマチャ電圧参照値指令部７０は、アーマチャ電圧の目標値(Va_target)とアーマチャ電圧事前参照値(Va_pre-reference)との比較結果を、アーマチャ電圧推定部６９によるアーマチャ電圧事前参照値(Va_pre-reference)の算出にフィードバックする。具体的には、アーマチャ電圧事前参照値(Va_pre-reference)の演算結果が指令された場合には、アーマチャ電圧参照値指令部７０は、フィードバックを行わない。アーマチャ電圧推定部６９は、自身で算出したアーマチャ電圧事前参照値(Va_pre-reference)の演算結果を有しているためである。 Further, the armature voltage reference value command unit 70 compares the armature voltage target value (Va_target) with the armature voltage pre-reference value (Va_pre-reference), and the armature voltage pre-reference value (Va_pre-) by the armature voltage estimation unit 69 is used. Feed back to the calculation of reference). Specifically, when the calculation result of the armature voltage pre-reference value (Va_pre-reference) is commanded, the armature voltage reference value command unit 70 does not give feedback. This is because the armature voltage estimation unit 69 has the calculation result of the armature voltage pre-reference value (Va_pre-reference) calculated by itself.

一方、アーマチャ電圧の目標値(Va_target)の演算結果が指令された場合には、アーマチャ電圧参照値指令部７０は、アーマチャ電圧の目標値(Va_target)をアーマチャ電圧推定部６９へフィードバックする。アーマチャ電圧推定部６９は、アーマチャ目標電圧算出部６７が算出したアーマチャ電圧の目標値(Va_target)の演算結果を有していないためである。したがって、アーマチャ電圧の目標値(Va_target)の演算結果が指令されたにも関わらず、フィードバックが行われない場合には、アーマチャ電圧推定部６９は、アーマチャ電圧事前参照値(Va_pre-reference)の推定をＰＩ制御により追随できなくなる。このため、アーマチャ電圧推定部６９には、分巻ＤＣモータ１０の最大許容電流(Ia_max)の指令に従い抑制できなくなるため、分巻ＤＣモータ１０の最大許容電流(Ia_max)を超えるオーバーシュートが発生することとなる。 On the other hand, when the calculation result of the target value (Va_target) of the armature voltage is commanded, the armature voltage reference value command unit 70 feeds back the target value (Va_target) of the armature voltage to the armature voltage estimation unit 69. This is because the armature voltage estimation unit 69 does not have the calculation result of the target value (Va_target) of the armature voltage calculated by the armature target voltage calculation unit 67. Therefore, if feedback is not performed even though the calculation result of the target value (Va_target) of the armature voltage is commanded, the armature voltage estimation unit 69 estimates the armature voltage pre-reference value (Va_pre-reference). Can no longer be followed by PI control. Therefore, the armature voltage estimation unit 69 cannot be suppressed in accordance with the command of the maximum allowable current (Ia_max) of the shunt DC motor 10, so that an overshoot exceeding the maximum allowable current (Ia_max) of the shunt DC motor 10 occurs. It will be.

この場合、ＰＩ制御の積分項の分だけ遅れが出るため、オーバーシュートが発生してからアーマチャ電圧事前参照値(Va_pre-reference)が抑制される動きとなってしまう。ようやくアーマチャ電流(Ia)から超えたときには、すでに積分項は最大限溜まっている状態となる。したがって、フィードバックがなかった場合には、積分項が持ちうる最大の値となってしまう。このため、分巻ＤＣモータ１０の定格であった場合は、分巻ＤＣモータ１０自身が破壊されることとなる。 In this case, since the delay is caused by the integral term of PI control, the armature voltage pre-reference value (Va_pre-reference) is suppressed after the overshoot occurs. When the armature current (Ia) is finally exceeded, the integral term is already accumulated to the maximum. Therefore, if there is no feedback, the integral term will be the maximum value that can be possessed. Therefore, if the shunt winding DC motor 10 is rated, the shunt winding DC motor 10 itself will be destroyed.

これに対し、本実施形態では、アーマチャ電圧推定部６９は、アーマチャ電流取得部６５により取得されたアーマチャ電流の実測値と分巻ＤＣモータ１０の最大許容電流(Ia_max)に基づいたＰＩ制御によってアーマチャ電圧事前参照値(Va_pre-reference)を推定する。これにより、分巻ＤＣモータ１０の回転制御を緻密に行なうことができるため、分巻ＤＣモータ１０の損傷を抑制することができる。 On the other hand, in the present embodiment, the armature voltage estimation unit 69 uses PI control based on the measured value of the armature current acquired by the armature current acquisition unit 65 and the maximum allowable current (Ia_max) of the shunt DC motor 10. Estimate the voltage pre-reference value (Va_pre-reference). As a result, the rotation control of the shunt winding DC motor 10 can be precisely performed, so that damage to the shunt winding DC motor 10 can be suppressed.

また、本実施形態では、アーマチャ電圧参照値指令部７０は、アーマチャ電圧の目標値(Va_target)とアーマチャ電圧事前参照値(Va_pre-reference)との比較結果を、アーマチャ電圧事前参照値の算出にフィードバックする。これにより、アーマチャ１１に印加するアーマチャ電流を最大にすることができ、ＤＣモータ１０の性能向上を図ることができる。 Further, in the present embodiment, the armature voltage reference value command unit 70 feeds back the comparison result between the target value (Va_target) of the armature voltage and the armature voltage pre-reference value (Va_pre-reference) to the calculation of the armature voltage pre-reference value. To do. As a result, the armature current applied to the armature 11 can be maximized, and the performance of the DC motor 10 can be improved.

フィールド電圧事前参照値算出部７１は、フィールド電流取得部６４により取得されたフィールド電流の実測値(If)と、フィールド目標電流算出部６８により算出したフィールド電流の目標値(If_target)と、が入力する。 The field voltage prior reference value calculation unit 71 inputs the actual measurement value (If) of the field current acquired by the field current acquisition unit 64 and the target value (If_target) of the field current calculated by the field target current calculation unit 68. To do.

フィールド電圧事前参照値算出部７１は、フィールド電圧(If)をフィールド電流の目標値(If_target)に従って制御するためのフィールド電圧事前参照値(Ia_pre_reference)をＰＩ制御により推定する。フィールド電圧事前参照値(Ia_pre_reference)は、フィールドコイル１２に電荷すべきフィールド電圧の予測値である。フィールド電圧事前参照値算出部７１は、算出したフィールド電圧事前参照値(Ia_pre_reference)をフィールド電圧参照値(Vf_reference)として指令する。 The field voltage prior reference value calculation unit 71 estimates the field voltage prior reference value (Ia_pre_reference) for controlling the field voltage (If) according to the target value (If_target) of the field current by PI control. The field voltage pre-reference value (Ia_pre_reference) is a predicted value of the field voltage to be charged in the field coil 12. The field voltage prior reference value calculation unit 71 commands the calculated field voltage prior reference value (Ia_pre_reference) as the field voltage reference value (Vf_reference).

フィールド電圧出力部(Vf_out)６２は、フィールド電圧事前参照値算出部７１により指令されたフィールド電圧参照値(Vf_reference)に基づいて分巻ＤＣモータ１０にフィールド電圧(Vf)を出力する。 The field voltage output unit (Vf_out) 62 outputs the field voltage (Vf) to the shunt DC motor 10 based on the field voltage reference value (Vf_reference) commanded by the field voltage prior reference value calculation unit 71.

図３は、回転数指令値[rpm]に対するＤＣモータ１０の回転数の実測値[rpm]の関係を示すグラフを示す図である。 FIG. 3 is a graph showing a graph showing the relationship between the actual measurement value [rpm] of the rotation speed of the DC motor 10 with respect to the rotation speed command value [rpm].

図３のうち、四角印は、ＭＣＵ５０から分巻ＤＣモータ１０に対し指令された回転数指令値[rpm]を測定点ごとにプロットした情報を表す。三角印は、レーザーセンサと反射パネルにより実際に測定した分巻ＤＣモータ１０の実回転数[rpm]を測定点ごとにプロットした情報を表す。ひし形印は、回転数指令値[rpm]と実回転数[rpm]とにより算出した偏差[rpm]を測定点ごとにプロットした情報を表す。 In FIG. 3, the square mark represents the information obtained by plotting the rotation speed command value [rpm] commanded from the MCU 50 to the shunt DC motor 10 for each measurement point. The triangular marks represent information obtained by plotting the actual rotation speed [rpm] of the shunt winding DC motor 10 actually measured by the laser sensor and the reflection panel for each measurement point. The diamond mark represents information obtained by plotting the deviation [rpm] calculated from the rotation speed command value [rpm] and the actual rotation speed [rpm] for each measurement point.

図３に示すように、実回転数[rpm]は、回転数指令値[rpm]で指令した回転数[rpm]の全域にわたって、ほぼ一致している。したがって、本実施形態のＤＣモータ制御装置４０は、分巻ＤＣモータ１０の回転数をセンサレスで精度よく制御することできる。 As shown in FIG. 3, the actual rotation speed [rpm] is substantially the same over the entire range of the rotation speed [rpm] commanded by the rotation speed command value [rpm]. Therefore, the DC motor control device 40 of the present embodiment can accurately control the rotation speed of the shunt winding DC motor 10 without a sensor.

本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。 The present invention is not limited to the above embodiments, and various improvements and changes can be made without departing from the gist of the present invention.

例えば、図１によれば、分巻ＤＣモータ１０とＤＣモータ制御装置４０とは別体として構成されているがこの限りではない。例えば、分巻ＤＣモータ１０にＤＣモータ制御装置４０を含めて一体に構成してもよい。これにより、ＤＣモータ制御装置４０と分巻ＤＣモータ１０とを一体に形成することができる。 For example, according to FIG. 1, the shunt winding DC motor 10 and the DC motor control device 40 are configured as separate bodies, but this is not the case. For example, the shunt winding DC motor 10 may be integrally configured with the DC motor control device 40. As a result, the DC motor control device 40 and the shunt winding DC motor 10 can be integrally formed.

１： ＤＣモータ装置
１０： 分巻ＤＣモータ
１１： アーマチャ
１２： フィールドコイル
２０： モータコントローラ
２１： フィールド電流センサ
２２： アーマチャ電流センサ
３０： バッテリ
４０： ＤＣモータ制御装置
４１： ＣＰＵ
５０： ＭＣＵ
６０： ＭＤ
６１： 回転数指令受付部
６２： フィールド電圧出力部
６３： アーマチャ電圧出力部
６４： フィールド電流取得部
６５： アーマチャ電流取得部
６６： 最大許容電流受付部
６７： アーマチャ目標電圧算出部
６８： フィールド目標電流算出部
６９： アーマチャ電圧推定部
７０： アーマチャ電圧参照値指令部
７１： フィールド電圧事前参照値算出部
Ｑ１〜Ｑ４： スイッチング素子
Ｃ１，Ｃ２： 中点 1: DC motor device 10: Minute winding DC motor 11: Armature 12: Field coil 20: Motor controller 21: Field current sensor 22: Armature current sensor 30: Battery 40: DC motor control device 41: CPU
50: MCU
60: MD
61: Rotation speed command reception unit 62: Field voltage output unit 63: Armature voltage output unit 64: Field current acquisition unit 65: Armature current acquisition unit 66: Maximum allowable current reception unit 67: Armacher target voltage calculation unit 68: Field target current Calculation unit 69: Armature voltage estimation unit 70: Armature voltage reference value command unit 71: Field voltage prior reference value calculation unit Q1 to Q4: Switching elements C1, C2: Midpoint

Claims (6)

アーマチャ及びフィールドを有する分巻ＤＣモータの回転速度を制御するためのモータドライバを備えたＤＣモータ制御装置であって、
前記モータドライバは、
前記分巻ＤＣモータの回転数の指令を受け付ける回転数指令受付部と、
前記回転数指令受付部により受け付けた指令に基づいて前記分巻ＤＣモータにフィールド電圧を出力するフィールド電圧出力部と、
前記回転数指令受付部により受け付けた指令に基づいて前記分巻ＤＣモータにアーマチャ電圧を出力するアーマチャ電圧出力部と、
前記分巻ＤＣモータのフィールド電流を取得するフィールド電流取得部と、
前記アーマチャの特性に関する項、及び前記アーマチャの回転数を含むフィールド電流に関する項を含む計算式により前記分巻ＤＣモータに出力すべきアーマチャ電圧の目標値を算出するアーマチャ目標電圧算出部と、
前記アーマチャ電圧の目標値と前記アーマチャに印加するアーマチャ電圧事前参照値との大きさを比較し、そのうち小さいほうをアーマチャ電圧参照値として指令するアーマチャ電圧参照値指令部と、を備えることを特徴とするＤＣモータ制御装置。 A DC motor control device including a motor driver for controlling the rotation speed of a shunt winding DC motor having an armature and a field.
The motor driver
A rotation speed command receiving unit that receives a rotation speed command of the shunt winding DC motor,
A field voltage output unit that outputs a field voltage to the shunt winding DC motor based on a command received by the rotation speed command reception unit, and a field voltage output unit.
An armature voltage output unit that outputs an armature voltage to the shunt winding DC motor based on a command received by the rotation speed command reception unit.
A field current acquisition unit that acquires the field current of the shunt DC motor,
An armature target voltage calculation unit that calculates a target value of the armature voltage to be output to the shunt DC motor by a calculation formula including a term relating to the characteristics of the armature and a term relating to a field current including the rotation speed of the armature.
It is characterized by having an armature voltage reference value commanding unit that compares the magnitudes of the target value of the armature voltage and the armature voltage prior reference value applied to the armature and commands the smaller one as the armature voltage reference value. DC motor control device. 前記分巻ＤＣモータのアーマチャ電流を取得するアーマチャ電流取得部と、
前記アーマチャ電流取得部により取得された前記アーマチャ電流の実測値と前記分巻ＤＣモータの最大許容電流に基づいたＰＩ制御によって前記アーマチャ電圧事前参照値を推定するアーマチャ電圧推定部と、を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のＤＣモータ制御装置。 An armature current acquisition unit that acquires the armature current of the shunt DC motor,
Further provided is an armature voltage estimation unit that estimates the armature voltage prior reference value by PI control based on the measured value of the armature current acquired by the armature current acquisition unit and the maximum allowable current of the shunt winding DC motor. The DC motor control device according to claim 1. 前記アーマチャ電圧参照値指令部は、前記アーマチャ電圧の目標値と前記アーマチャ電圧事前参照値との比較結果を、前記アーマチャ電圧推定部による前記アーマチャ電圧事前参照値の推定にフィードバックすることを特徴とする請求項２に記載のＤＣモータ制御装置。 The armature voltage reference value command unit feeds back the comparison result between the target value of the armature voltage and the armature voltage prior reference value to the estimation of the armature voltage prior reference value by the armature voltage estimation unit. The DC motor control device according to claim 2. 前記アーマチャ目標電圧算出部は、前記アーマチャの特性に関する項、及びアーマチャの回転数を含むフィールド電流に関する項を含む前記計算式の算出にアーマチャ印加電圧を用いることを特徴とする請求項１から３のうちいずれかに記載のＤＣモータ制御装置。 The armature target voltage calculation unit according to claims 1 to 3, wherein the armature target voltage calculation unit uses an armature applied voltage for calculating the calculation formula including a term relating to the characteristics of the armature and a term relating to a field current including the number of rotations of the armature. The DC motor control device according to any one of them. 請求項１〜４のいずれかに記載の前記ＤＣモータ制御装置を備えた分巻ＤＣモータ。 A shunt-wound DC motor including the DC motor control device according to any one of claims 1 to 4. アーマチャ及びフィールドを有する分巻ＤＣモータの回転速度を制御するＤＣモータ制御方法であって、
前記分巻ＤＣモータの回転数の指令を受け付ける回転数指令受付ステップと、
前記分巻ＤＣモータのフィールド電流を検出するフィールド電流検出ステップと、
前記アーマチャの特性に関する項、及び前記アーマチャの回転数を含むフィールド電流に関する項を含む計算式により前記分巻ＤＣモータに出力すべきアーマチャ電圧の目標値を算出するアーマチャ目標電圧算出ステップと、
前記アーマチャ電圧の目標値と前記アーマチャに印加するアーマチャ電圧事前参照値との大きさを比較し、そのうち小さいほうをアーマチャ電圧参照値として指令するアーマチャ電圧参照値指令ステップと、
を含むことを特徴とするＤＣモータ制御方法。 A DC motor control method for controlling the rotation speed of a shunt DC motor having an armature and a field.
The rotation speed command reception step for receiving the rotation speed command of the shunt winding DC motor, and
A field current detection step for detecting the field current of the shunt DC motor and
An armature target voltage calculation step for calculating a target value of the armature voltage to be output to the shunt DC motor by a calculation formula including a term relating to the characteristics of the armature and a term relating to a field current including the rotation speed of the armature.
An armature voltage reference value command step that compares the magnitude of the target value of the armature voltage and the armature voltage prior reference value applied to the armature, and commands the smaller one as the armature voltage reference value.
A DC motor control method comprising.
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